氫氧化鎳基電極材料的原位氧化制備及電化學(xué)性能優(yōu)化.pdf

1、儲能技術(shù)可以用于可再生能源的高效開發(fā)，是解決環(huán)境污染和能源危機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)之一。超級電容器是介于鋰離子電池和傳統(tǒng)電容器之間的新型儲能元件，具有廉價環(huán)保、功率密度高、循環(huán)壽命長等突出優(yōu)點，已引起國內(nèi)外研究團(tuán)隊的廣泛關(guān)注。電極材料作為影響超級電容器性能的關(guān)鍵材料之一，如何設(shè)計制備出高性能電極材料，是近年來該研究領(lǐng)域的熱點課題之一。
　　Ni(OH)2電極材料層狀結(jié)構(gòu)具有較大層間距，且成本低、環(huán)境相容性好、理論電容高，是電化學(xué)電容器優(yōu)選的

2、電極材料之一。泡沫鎳具有結(jié)構(gòu)均一、質(zhì)量輕、強(qiáng)度高、耐腐蝕性好、電導(dǎo)率和熱導(dǎo)率高等特點，可作為基體、集流體或者模板來構(gòu)筑三維電極材料，簡化電極制備工藝，提升電化學(xué)性能。
　　本文以硝酸銨、硝酸鋅、氨水和商品泡沫鎳為原料，通過原位氧化泡沫鎳，生成Ni(OH)2及沉積Zn-Ni DHs（鋅鎳復(fù)合氫氧化物）；采用X射線衍射儀（XRD）、場發(fā)射掃描電子顯微分析-X射線能譜（FESEM-EDS）、氮氣吸附脫附測試（BET）和 X射線光電子能譜

3、（XPS）等表征技術(shù)分析了所得材料的組分與結(jié)構(gòu)；采用循環(huán)伏安法、恒電流充放電法和交流阻抗法測量了電極材料循環(huán)前后的電化學(xué)性能。主要研究內(nèi)容及結(jié)果涵蓋以下兩個方面：
　　1．三維 Ni@Ni(OH)2復(fù)合材料的制備及其電化學(xué)性能研究：以硝酸銨（NH4NO3）和泡沫鎳（Ni）為原料，在80 ℃恒溫24 h下，通過化學(xué)浴沉積法，在泡沫鎳襯底上，原位氧化合成氫氧化鎳/鎳（Ni@Ni(OH)2）泡沫電極。電化學(xué)測試表明，三維 Ni@Ni(O

4、H)2泡沫電極具有高的面積電容6.4或1.62 F/cm2（電流密度為2.5或30 mA/cm2）。5000次循環(huán)測試表明，前1200次循環(huán)，樣品面積電容有所增加，2000和5000次后，樣品面積電容保留率約為70.4％和42%。其優(yōu)良的電化學(xué)性能主要來源于Ni(OH)2與泡沫鎳襯底緊密結(jié)合的結(jié)構(gòu)設(shè)計，使電解液離子可以快速有效地擴(kuò)散到活性材料表面，同時提高了電子的傳輸速率。研究同時表明，循環(huán)后Ni@Ni(OH)2的孔隙率和比表面積下降，

5、減少了電解液與活性材料的接觸面積，影響了離子擴(kuò)散效率，從而導(dǎo)致了該樣品電極較差的循環(huán)性能。
　　2．三維Ni@Zn-Ni DHs復(fù)合材料的制備及其電化學(xué)性能的研究：以硝酸鋅、氨水和泡沫鎳為原料，通過化學(xué)浴沉積法，在泡沫鎳襯底上，原位氧化生長和沉積Zn-Ni DHs納米片陣。電化學(xué)測試表明，Ni@Zn-Ni DHs納米片表現(xiàn)出良好的比電容：1A/g下比電容為746.2 F/g（4.27 mA/cm2下面積電容為3.18 F/cm2）

6、。Ni@Zn-Ni DHs電極在3000次充放電循環(huán)后比電容衰減29%。其優(yōu)良的電化學(xué)性能主要來源于：一方面，Zn-Ni DHs納米薄片構(gòu)建的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)不僅為電解質(zhì)離子的吸附作用提供了大量的位點，而且提供了電荷在電解質(zhì)與活性物質(zhì)Zn-Ni DHs之間進(jìn)行傳輸?shù)挠行窂?；另一方面，在泡沫鎳上直接生成的Zn-Ni DHs納米薄片增強(qiáng)了活性材料和基體之間的電接觸，有效提高了活性材料的利用率。通過對循環(huán)后樣品的XRD、FESEM分析，討論了循環(huán)后